Motori bez četkica – dizajn, rad i prednosti

Motori bez četkica – dizajn i rad

Da bi se razumeo fenomen motora bez četkica, koji ubrzano ulaze na tržište električnih alata, neophodno je razumeti princip rada ranije primenjenih komutatorskih motora i upoznati se sa glavnim razlikama između ova dva tipa motora.

Osnovni zadatak elektromotora je pretvaranje električne energije u mehaničku, odnosno pokretanje osovine pogonjenog uređaja.

U konvencionalnom motoru, komutator rotirajućeg rotora prima električni naboj od grafitnih četkica, koje provode električnu energiju direktnim kontaktom sa rotirajućim delom.

Nastalo magnetno polje koje generiše komutator izaziva rotaciono kretanje pomoću specijalnih magneta.

Dizajn i samim tim princip rada motora bez četkica se malo razlikuje od onog kod komutatorskog motora. Komutator i četke u ovom uređaju su zamenjeni kalemovima koji su namotani na stacionarno jezgro, tzv. stator (kod motora sa četkicom kalemovi su postavljeni na pokretni rotor).

Upravo ti kalemovi, kada struja teče kroz njih, stvaraju magnetno polje koje pokreće rotor. Veoma uobičajeno i osnovno rešenje je korišćenje tri namotaja.

Međutim, zbog talasa obrtnog momenta koji se javljaju, proizvođači nude i motore opremljene kompletima od jednog do čak osam pari polova.

Zbog nedostatka direktnog kontakta između rotirajućeg dela i fiksnih namotaja, nema potrebe za korišćenjem grafitnih četkica.

Upotreba trajnih magneta u dizajnu motora bez četkica omogućava veći obrtni moment i poboljšanu efikasnost.

To je sve zahvaljujući visokoj gustini energije ovih magneta.

Zašto je vredno izabrati motore bez četkica

Dizajn motora bez četkica nudi niz prednosti. Najvažnije razlike u korist motora bez četkica uključuju:

· Tiši rad i manje kvarova – tokom rada četke trljaju o rotirajuće delove, stvarajući buku. Četke su najčešća komponenta za habanje u komutatorskim motorima, što značajno smanjuje njihov radni vek;

· Poboljšana bezbednost na radu – tokom rada motori bez četkica ne izazivaju varnice koje su opasne za korisnika. Ova prednost omogućava da se motor koristi u eksplozivnim i zapaljivim okruženjima;

· Veća efikasnost uređaja – eliminisanje mehaničkog otpora omogućava postizanje veće brzine rotora i poboljšanog obrtnog momenta;

· Produženo trajanje baterije – motor bez četkica troši manje struje od svog tradicionalnog kolege. Ova činjenica je izuzetno važna za punjive uređaje, koji mogu da rade mnogo duže sa jednim punjenjem;

· Bolja preciznost kontrole – BLDC motori omogućavaju visoku preciznu kontrolu obrtnog momenta, što pomaže u smanjenju inercije i potrošnje energije;

· Značajno smanjeno ili bez održavanja – ako se pravilno koristi, motor treba da radi bez kvara ili potrebe za spoljnom intervencijom u strukturi.

To je zato što odsustvo četkica znači da više nema kritičnih delova unutar mašine koji se habaju tokom normalnog rada.

Prednost ove činjenice je da se motor može instalirati na teško dostupnom mestu.

Aplikacije u kojima je motor bez četkica nepobediv

Motori bez četkica su idealni za računarsku opremu koja zahteva siguran, neprekidan rad tokom dugog perioda.

Primeri uključuju hard diskove i kompjuterske ventilatore, koji su dizajnirani da kontinuirano smanjuju temperaturu komponenti tokom upotrebe računara.

Kao što je već pomenuto, zahvaljujući smanjenoj potrošnji energije i izuzetno kompaktnim dimenzijama, motori bez četkica su nezamenljivi u profesionalnim bežičnim uređajima kao što su bušilice, bušilice i ugaone brusilice.

Rad na baterije je ekonomičniji i duži. Veoma popularna industrija danas koja se u velikoj meri oslanja na motore bez četkica je proizvodnja električnih i hibridnih vozila.

Jednako je važna i upotreba tehnologije bez četkica u konstrukciji veš mašina i klima uređaja. Rad bez varnica je neophodan zbog visokog rizika od strujnog udara.

Pored toga, proizvođači mašina za pranje veša nude dužu garanciju na proizvode opremljene motorima bez četkica zbog stabilnijeg rada bubnja, što omogućava manje kvarova.

Još jedna prednost kupovine takve mašine za pranje veša je smanjenje operativnih troškova.

Vrste motora bez četkica – BLDC & PMSM

Najčešće korišćeni motori bez četkica su BLDC motori (Brushless DC Motor), odnosno rešenje koje koristi trapezoidni EMF (elektromotorna sila) talasni oblik, i PMSM (Sinhroni motor sa trajnim magnetom) sa sinusoidnim EMF talasnim oblikom.

Takođe se pravi razlika između DC i AC pogona.

Kontrola motora bez četkica

Upotreba namotaja na statoru omogućava kontrolu motora variranjem struja primenjenih na namotaje i manipulisanje vrednošću obrtnog momenta u hodu. Kao što je već pomenuto, pravi se razlika između BLDC i PMSM motora.

Oznaka tipa motora označava kako se uređaj kontroliše. Trapezoidna kontrola omogućava regulaciju kada nije potrebna kontrola brzine ili obrtnog momenta motora.

Takvi motori su opremljeni Holovim senzorima, koji određuju položaj rotora. Ovo rešenje je manje komplikovano, ali i manje tačno.

Glavni nedostatak ovog dizajna je problematično podešavanje pri malim brzinama.

Kod PMSM motora, odnosno onih sa sinusoidnim EMF talasnim oblikom, zahvaljujući primeni specijalnih enkodera, eliminišu se neželjeni komutacioni efekti koji se javljaju u BLDC motorima, zahvaljujući čemu je lako upravljanje moguće čak i pri malim brzinama rotacije.

Pored toga, takvo rešenje minimizira rizik od talasanja obrtnog momenta.

Treći i najnapredniji tip kontrole motora bez četkica je vektorska kontrola.

Ovo rešenje se sastoji u korišćenju specijalnog transformacionog bloka uzvodno od PI (proporcionalno-integralnog) kontrolera.

Ovo rezultira poboljšanom preciznošću upravljanja u poređenju sa prethodno pomenutim tipovima, dok se eliminišu talasi i nudi bolja kontrola pri malim brzinama.

Rezime

Upotreba motora bez četkica je nesumnjivo rešenje koje je vredno pažnje i proizvođača i potrošača.

Prvi se oslobađa rizika od čestih kvarova. Proizvodi dobijaju na kvalitetu, a smanjuje se broj potrebnih komponenti za montažu.

Kupac, sa druge strane, dobija proizvod koji će im služiti godinama i koji neće zahtevati nikakvo posebno mešanje u njegov rad.

I pored određene razlike u ceni, mir i sigurnost se kupuju za ceo život.

Stoga je vredno razmotriti ponudu uređaja opremljenih motorima bez četkica.

Tekst pripremio: TME